Photoshop CC 軟件處理變形手印的研究

趙閱書，薛曉明，蔣振明，謝鑫淇

（1.南京森林警察學(xué)院 刑事科學(xué)技術(shù)學(xué)院，江蘇 南京 210023；2.南京市公安局棲霞分局 刑偵大隊(duì)，江蘇 南京 210023；3.南平市公安局 黃墩派出所，福建 南平 353000）

手印鑒定主要基于乳突紋線的細(xì)節(jié)特征進(jìn)行檢驗(yàn)鑒定，手印的特征越清晰，越易于識別。但在實(shí)際案例中，現(xiàn)場遺留的手印往往由于皮膚的彈性和延展性、作用力大小和方向的變化以及承痕體表面的性質(zhì)和形狀的影響，使手印紋線發(fā)生變形。在指紋自動識別系統(tǒng)中，變形手印自動標(biāo)注特征點(diǎn)時容易出現(xiàn)偏差，甚至不具備比對檢驗(yàn)條件，其正查準(zhǔn)確率僅為75%左右[1-2]。因此，對變形手印進(jìn)行修復(fù)處理具有重要意義[3]。

當(dāng)前，刑事圖像復(fù)原技術(shù)主要基于現(xiàn)場照片，利用數(shù)字圖像處理技術(shù)，進(jìn)行圖像增強(qiáng)、變形恢復(fù)、局部修復(fù)等處理。國內(nèi)對于使用Photoshop軟件處理痕跡圖像早有研究，但主要是針對模糊圖像的反差增強(qiáng)、清晰化以及復(fù)雜背景的處理等方面研究[4-6]。石建勛等運(yùn)用Photoshop軟件對數(shù)碼相機(jī)拍攝的手印照片進(jìn)行處理，其目的是增加紋線與背景的反差，但是僅針對一種客體上的變形手印進(jìn)行修復(fù)實(shí)驗(yàn)[4]。唐宇穗等運(yùn)用photoshop軟件對一種變形手印進(jìn)行修正[5]。李靜等運(yùn)用Photoshop CS 3 軟件對球面客體上的手印進(jìn)行修正[6]。目前，運(yùn)用Photoshop CC軟件對棱邊客體上變形手印的處理研究尚未見報道。與Photoshop CS3、Photoshop CS4 軟件相比，Photoshop CC 系列作為Adobe新一代的圖像處理軟件，集成了利用分析曲線算法來修復(fù)因相機(jī)抖動的相機(jī)防抖動濾鏡、通過高級銳化算法分析不同區(qū)域銳化程度的智能銳化等圖像功能。因此，研究Photoshop CC軟件對直角棱邊、弧形棱邊客體上變形手印的修復(fù)方法，分析導(dǎo)致變形手印的原理，對提高現(xiàn)場手印的利用價值有重要意義。

一、實(shí)驗(yàn)部分

（一）實(shí)驗(yàn)器材

直角棱邊客體為白紙箱、黃色塑面紙盒、本色木盒三種；弧形棱邊客體為塑料椅沿、燈罩；照相機(jī)；指掌紋綜合信息管理系統(tǒng)V1.0。

（二）檢材手印與樣本手印

志愿者采用左手拇指分別在客體的直角棱邊和弧形棱邊上，制作變形的紅色印油手印作為檢材，每種客體平行制作3 枚手印。采用三面捺印法制作紅色印油手印作為樣本。運(yùn)用500 萬像素以上的數(shù)碼相機(jī)（尼康D3300）進(jìn)行比例照相，提取手印圖像并傳輸至計算機(jī)。

（三）Photoshop CC 軟件處理變形手印

1.預(yù)處理

在修復(fù)處理變形手印前，需對手印照片進(jìn)行預(yù)處理，包括尺寸、曝光、透視裁剪、拼接等，具體操作步驟如下：

（1）對照片的尺寸及照片的曝光程度（不足/過度）進(jìn)行調(diào)整。

（2）透視裁剪手印圖像?？尚迯?fù)因拍攝不同物面產(chǎn)生的手印變形。執(zhí)行“旋轉(zhuǎn)畫布”命令至水平。用“矩形選框工具”選中照片比例尺與印油手印的部分并進(jìn)行裁剪[7]。復(fù)制圖層，選擇“透視裁剪工具”，確定手印裁剪分段。

（3）建立拼接文檔。執(zhí)行“文件＞新建文檔”菜單命令，設(shè)置“寬度”、“高度”，“方向”為縱向，“分辨率”為300 像素/英寸，“顏色模式”為RGB、8 位的參數(shù)。將透視裁剪后的部分置入新建畫布，作為“圖層 1”；建立相同寬度大小的透視裁剪框，將另一平面的變形手印透視修復(fù)后的部分置入新建畫布，作為“圖層2”。

2.對直角棱邊客體上變形手印的修復(fù)

直角棱邊客體上的變形手印照片預(yù)處理后，進(jìn)行手印分段與拼接操作。新建畫布，使裁剪分段的手印線條、比例尺盡量相接。選擇其中一張圖層，執(zhí)行“自由變換”命令，利用橫縱標(biāo)尺進(jìn)行調(diào)整；執(zhí)行“編輯、變換、變形”菜單命令，對分段手印進(jìn)行拼接，調(diào)整比例，修復(fù)透視裁剪導(dǎo)致的寬度、高度變形。

3.對弧形棱邊客體上變形手印的修復(fù)

弧形棱邊客體上的變形手印照片預(yù)處理后，進(jìn)行手印分段與拼接操作?；⌒卫膺吙腕w的轉(zhuǎn)折面較為圓滑，根據(jù)棱邊的平滑程度，需將手印圖像裁剪1～3 個相同寬度、高度的透視裁剪分段手印圖像（弧形面越彎曲，所需透視裁剪分段的數(shù)量就越多，有效提高細(xì)節(jié)特征點(diǎn)位置的準(zhǔn)確性）。在手印紋線拼接過程中，由上至下依次拼接各分段的透視裁剪圖像，調(diào)整各分段圖像中比例尺的寬度和高度，符合相同放大比例。拼接圖像步驟同直角棱邊客體上變形手印的拼接。

4.后處理

獲得紋線較為正常、清晰的手印照片后，對手印照片進(jìn)行銳化處理，紋線背景色相近或者含有復(fù)雜背景的照片，需去除圖片中復(fù)雜背景色或增加紋線與背景顏色的反差。利用“色相/飽和度”來減淡背景中的顏色；利用圖層面板中圖層混合類型的“線性減淡”工具減少背景色字體或圖案的干擾。將圖像轉(zhuǎn)為“Lab 模式”后進(jìn)行圖像增強(qiáng)。

（四）人工檢驗(yàn)與指紋識別系統(tǒng)評價

將處理后的變形手印與樣本手印進(jìn)行人工檢驗(yàn)。利用Photoshop CC 軟件的橢圓工具、直線工具進(jìn)行特征點(diǎn)人工標(biāo)畫，評價變形手印的處理效果，判斷變形手印與樣本手印是否具備同一認(rèn)定的條件。根據(jù)指紋鑒定方法（編號：IFSC 07-02-01-2006），當(dāng)檢材指印與樣本指印種類特征相符、兩者的相應(yīng)部位至少具有8 個細(xì)節(jié)特征點(diǎn)相符、沒有差異或者差異可以得到合理解釋，出具認(rèn)定結(jié)論。

將變形手印、處理后的變形手印以及樣本手印錄入指掌紋綜合信息管理系統(tǒng)中，其中樣本手印錄入到嫌疑人手印樣本庫中，變形手印、處理后的變形手印錄入到現(xiàn)場手印庫中，進(jìn)行正查，將變形手印、處理后的變形與嫌疑人手印樣本庫中5000 余枚手印進(jìn)行查詢比對，分值評價后，對有價值的手印再進(jìn)行人工檢視，評價變形手印的處理效果，判斷變形手印與樣本手印是否具備同一認(rèn)定的條件。

二、結(jié)果與討論

通過Photoshop CC 軟件對變形手印照片進(jìn)行“透視裁剪變形手印分段—建立拼接文檔—拼接各手印分段”等處理步驟，可在一定程度上對手印的變形進(jìn)行修復(fù)。

（一）直角棱邊客體上的變形手印

直角棱邊客體上的變形手印呈現(xiàn)局部紋線伸長或縮短，紋線流向發(fā)生“直變”或“彎變”，紋線間隔不均等現(xiàn)象。處理后，手印紋線與背景反差明顯增強(qiáng)，紋線清晰、間隔均勻，穩(wěn)定的特征點(diǎn)數(shù)量增加，特征點(diǎn)位置更準(zhǔn)確，棱邊處的手印紋線也更清晰、完整（見圖1）。

圖1 白紙箱直角棱邊上的變形手印處理前后效果比較

另外，當(dāng)變形手印遺留面積較大時，進(jìn)行處理后，可以改善因景深導(dǎo)致的畫面模糊，擴(kuò)大手印紋線的清晰范圍，從而提高鑒定的準(zhǔn)確性（見圖 2）。在直角棱邊客體上遺留手掌印時，用此方法進(jìn)行處理后，效果會更明顯。

圖2 木盒直角棱邊上的變形手印處理前后效果比較

將處理后的手印與樣本手印進(jìn)行人工檢驗(yàn)，8 個相對應(yīng)的細(xì)節(jié)特征的結(jié)構(gòu)、方向、位置、間隔線數(shù)和整體布局均相符合（見圖 3），構(gòu)成了同一認(rèn)定的依據(jù)。將樣本手印、直角棱邊客體上的變形手印及處理后的手印錄入指紋識別系統(tǒng)中，變形手印的分值均在772 分以下，查詢排名均在 100 名以后；處理后的變形手印分值均在1000 分以上，查詢排名均在100 名以前。三種直角邊棱客體中，白紙箱表面最光滑，其上的變形手印處理效果最好，分值最高，為2252 分。因此，光滑表面上變形手印的處理效果明顯優(yōu)于粗糙、顏色復(fù)雜表面。當(dāng)客體表面粗糙時，手印遺留質(zhì)量較差，Photoshop CC 軟件最終處理效果與手印遺留質(zhì)量有一定關(guān)聯(lián)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，Photoshop CC 軟件對變形手印照片進(jìn)行處理后，能有效提高手印分值和查詢排名，從而提高手印查詢比對效率。

圖3 白紙箱直角棱邊上處理后的變形手印與捺印樣本(左拇指)的特征比對

（二）弧形棱邊客體上的變形手印

與捺印樣本相比較，弧形棱邊客體上的變形手印，呈現(xiàn)中心花紋變形或中心與三角的相對距離發(fā)生變化等現(xiàn)象。經(jīng)處理后，手印紋線更加清晰，因弧面產(chǎn)生的手印變形得到改善，中心及三角的相對距離也得到有效調(diào)整（見圖4）。

圖4 弧形塑料椅邊沿上的變形手印處理前后效果比較

將處理后的手印與樣本手印進(jìn)行人工檢驗(yàn)，處理后的手印紋線細(xì)節(jié)特征清晰、位置較準(zhǔn)確，與樣本手印比對效果良好（見圖 5），具備同一認(rèn)定的條件。

圖5 弧形塑料椅邊沿上處理后的變形手印與捺印樣本(左拇指)的特征比對

在拼接彎曲程度更大的弧形棱邊上變形手印每個裁剪分段圖像時，紋線的斷頭在相同倍數(shù)放大后較難拼接，使得拼接后的斷頭產(chǎn)生一定距離的偏移，拼接后的圖像會一定程度上出現(xiàn)二次變形（見圖 6），但經(jīng)多次調(diào)整，彎曲程度較大的手印中心位置逐步得以校正，具備同一認(rèn)定條件（見圖7）。

將兩種弧形棱邊客體上的變形手印及處理后的手印錄入指紋識別系統(tǒng)中，變形手印均在606 分以下，手印排名均在100 名以后；處理后的變形手印中，只有弧形燈罩客體上的手印分值為922 分，其余均在1000 分以上，其中，塑料椅邊沿上的變形手印，由處理前的103 名上升至第7 名?；∶婵腕w上變形手印的處理效果不如直角棱邊客體上變形手印的處理效果，弧面彎曲程度越大，拼接后越容易出現(xiàn)二次變形。因此，燈罩弧面上變形手印的處理效果最不理想，在指紋識別系統(tǒng)的分值也相對較低，但仍具備同一認(rèn)定條件。

為了更直觀的評價變形手印的處理效果，將處理后的變形手印與樣本手印進(jìn)行重疊比對，統(tǒng)計重合和分離的細(xì)節(jié)特征點(diǎn)數(shù)量（見表1）。

圖6 弧形燈罩上的變形手印處理前后效果比較

圖7 弧形燈罩上的上處理后的變形手印與捺印樣本(左拇指)的特征比對

從表1 中可以看出，處理后的手印與樣本手印能夠重合的特征點(diǎn)數(shù)量均大于8 個，占總特征點(diǎn)數(shù)量的53%以上，再次驗(yàn)證了處理后的手印與樣本手印具備同一認(rèn)定的條件。

表1 處理后的變形手印與樣本手印的細(xì)節(jié)特征點(diǎn)比對效果統(tǒng)計

三、結(jié) 論

手印細(xì)節(jié)特征點(diǎn)對應(yīng)的情況，作為檢驗(yàn)變形手印檢材是否具備比對條件的依據(jù)，對使用Photoshop CC 軟件處理后的變形手印圖像的恢復(fù)效果做出相應(yīng)評價并得出結(jié)論：一是變形手印的修復(fù)效果主要取決于造痕主體的條件、承痕客體表面的粗糙程度以及拍攝變形手印的客觀條件；二是通過細(xì)節(jié)特征點(diǎn)的比對能夠?qū)ψ冃问钟〉男迯?fù)效果進(jìn)行評價；三是運(yùn)用指紋識別系統(tǒng)進(jìn)一步論證運(yùn)用Photoshop CC 軟件進(jìn)行手印修復(fù)的可行性和必要性。

因此，用Photoshop CC 軟件對棱邊客體上變形手印的修正，可以最大限度的呈現(xiàn)手印細(xì)節(jié)特征，有利于在系統(tǒng)中進(jìn)行碰撞比對，提高比對效率及準(zhǔn)確性，為縮小偵查范圍、解決實(shí)際工作中遇到的問題提供依據(jù)。